Sin
embargo,
las
VLAN
limitan
los
dominios
de
broadcast
separando
completamente
las
redes. En muchos casos, si bien es deseable limitar
los
broadcast, también es deseable
poder mantener comunicaciones entre máquinas
de
distintas VLANs. La
solución
a
este
problema
es
utilizar equipos
“ruteadores”,
que analicen más allá de la capa 2 (llegando a la capa 3 o capa de red), y en base
a
tablas de “ruteo”, puedan enviar tráfico entre diferentes VLANs.
Realizar esta
tarea con
ruteadores
“clásicos” (Ver 5.3) es
lento
a
nivel
de
desempeño y costoso económicamente. Por esta razón se han desarrollado los
equipos llamados “Routing Switches”, o “Switches de capa 3”.
Tradicionalmente,
el
proceso
de
“ruteo”
(a
nivel
de
las
direcciones
de
capa
3,
por
ejemplo, direcciones IP), es realizado por software, corriendo en uno o varios
procesadores
relativamente
lentos,
incluidos
en
los
ruteadores
(routers)
tradicionales. En contraste, los routing switches pueden realizar ruteo
IP
(o
IPX en
algunos casos) en
hardware especializado, y a
la “velocidad del cable”, es decir, a
la misma velocidad entrada de los datos (10, 100, 1000 Mb/s).
En suma, los routing
switches son equipos que permiten “switchear” (analizar a
nivel
de
capa
2)
o
rutear
(analizar
a
nivel
de
capa
3)
las
tramas
y
paquetes
que
reciben. Permiten por tanto, separar dominios de broadcast y a su vez permitir
comunicaciones
entre
máquinas
de
distintos
dominios.
Su
administración
se
asemeja a la de
un router tradicional (Ver 5.3), pero con
la
ventaja de ser
sumamente rápido (a la “velocidad del cable”).
3.5
Redes inalámbricas (Wireless LAN)
3.5.1 Introducción e historia
Cuando es
necesario disponer de movilidad en las comunicaciones, depender de
un enlace físico como es
un cable (en cualquiera de sus modalidades) supone una
seria restricción. Para evitar esto, las conexiones inalámbricas se convierten en
una buena alternativa.
Desde hace algunos años, el potencial de esta clase de redes hizo que
aparecieran
los
primeros
sistemas
que
utilizaban
ondas
de
radio
para
interconectar
ordenadores.
Estos
primeros
sistemas
inalámbricos
eran
dependientes de su fabricante en cuanto a implantación y conectividad, lentos
(con velocidades de 1,5 Mb/s) y concebidos para cubrir un reducido grupo de
aplicaciones. Pero con el desarrollo tecnológico alcanzado en el transcurso de
estos últimos años, han
ido apareciendo
nuevas soluciones ampliamente
estandarizadas
y
funcionales,
en
la
que
se
pueden
comunicar
sistemas
informáticos
y
dispositivos
de
diversa
naturaleza
y
capacidades
mediante
la
tecnología inalámbrica basados en la emisión de ondas de radio o de luz infrarroja.
Los primeros avances en redes de datos inalámbricas datan de fines de 1970,
cuando en los laboratorios de
IBM de Suiza se publican las primeras ideas de una
red de datos inalámbrica basada en luz infrarroja, pensada para plantas
industriales.
Sobre
la
misma
fecha,
en
los
laboratorios
de
investigación
de
HP
en
Palo
Alto,
California,
se
desarrolló
una
red
inalámbrica
de
100
kb/s,
que
operaba
en
la banda de
los 900
MHz.
Este proyecto
se
desarrolló bajo
un acuerdo
con
la
FCC para poder utilizar estas frecuencias de manera experimental.
Sobre mitad de la década de 1980, quedaba claro que las redes inalámbricas
necesitarían
un ancho de banda de varias decenas de MHz.
Todas las bandas, en
esa época, eran
licenciadas
y el mercado potencial de
las redes WLAN
no
prometía
grandes retornos
inmediatos en las inversiones,
lo
que
desestimulaba
la
inversión en estas tecnologías al tener que pagar costosas licencias reguladas por
la
FCC
en
Estados
Unidos.
Finalmente,
en
mayo
de
1985,
la
FCC
decidió
liberar
algunas bandas de frecuencias
no
licenciadas,
las que dio a conocer como
Bandas
ISM
(“Industrial,
Scientific
and
Medical
band”).
Estas
fueron
las
primeras
bandas de
frecuencia no
licenciadas para desarrollos de productos comerciales,
y
jugaron un papel fundamental en el desarrollo de las WLANs.
Se
definieron
3
bandas
ISM
no
licenciadas: 902 a
928
MHz,
2.4
a
2.4835
GHz
y
5.725 a 5.850
GHz. Las técnicas de modulación deben ser del tipo “spread
spectrum”, para
minimizar la interferencia entre sistemas cercanos que
utilicen
las
mismas bandas. Las potencias máximas están también reguladas.
Mas adelante, en
1997, la FCC liberó
nuevas bandas no licenciadas, conocidas
como U-NII (Unilcensed Nacional Information Infrastructure), con las siguientes
frecuencias: 5.15 a 5.25 GHz, restringida a aplicaciones internas, 5.25 a 5.35 GHz
para utilización en Campus y 5.725 a 5.825 GHz para redes comunitarias.
Los primeros esfuerzos en estandarización de las redes WLAN datan de 1987,
cuando
la
IEEE designa el grupo 802.4L para estudiar el tema. Este grupo
pertenecía al
IEEE 802.4 de “token bus”. En 1990 el grupo 802.4L fue renombrado
como IEEE 802.11, pasando a tener la categoría de un estándar independiente.
En
1999
la
IEEE
publicó
el
primer
estándar
para
redes
de
datos
inalámbricas,
la
Recomendación
IEEE 802.11
[9].
Esta
recomendación
define
la
sub-capa
MAC
y
la capa física (PHY) para las redes inalámbricas. Desde su publicación inicial,
varios grupos de
trabajo
la
han ampliado, en
las recomendaciones 802.11a,
802.11b, etc. Las principales se detallan a continuación [10].
Recomendación
Año
Descripción
802.11
1999
Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical
Layer (PHY) Specifications
802.11a
1999
Amendment 1: High-speed Physical Layer in the 5 GHz band
802.11b
1999
Higher speed Physical Layer (PHY) extension in the 2.4 GHz
band
802.11b Cor1
2001
Higher-speed Physical Layer (PHY) extension in the 2.4 GHz
band—Corrigendum1
802.11d
2001
Specification for Operation in Additional Regulartory Domains
802.11f
2003
Recommended Practice for Multi-Vendor Access Point
Interoperability via an Inter-Access Point Protocol Across
Distribution Systems Supporting IEEE 802.11 Operation
802.11g
2003
Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4
GHz Band
802.11h
2003
Spectrum and Transmit Power Management Extensions in the
5GHz band in Europe
802.11i
2004
Medium Access Control (MAC) Security Enhancements
802.11j
2004
4.9 GHz–5 GHz Operation in Japan
802.11e
2005
Medium Access Control (MAC) Quality of Service
Enhancements
Las redes WLAN se diferencian de las convencionales principalmente en
la
capa
física y en la capa de enlace de datos, según el modelo de referencia OSI. La
capa
Física
(PHY)
indica
cómo
son
enviados
los
bits
de
una
estación
a
otra.
La
capa
de
Enlace
de
Datos
y
de
control
de
acceso
al
medio
(MAC)
se
encarga
de
describir cómo se empaquetan y verifican los bits de manera que no tengan
errores.
La recomendación 802.11a [11] estandariza la operación de las WLAN en la
banda de los 5 GHz, con velocidades de datos de hasta 54 Mb/s.
La recomendación 802.11b [12], también conocida con “WiFi”, estandariza la
operación
de
las WLAN
en
la
bada
de
los
2.4
GHz,
con
velocidades
de
datos
de
hasta 11
Mb/s. Esta recomendación
ha sido particularmente exitosa,
y
existen en
el mercado diversos productos que la cumplen.
La recomendación 802.11g [13], estandariza
la operación de
las WLAN con
velocidades de datos de
hasta 54 Mb/s.
Utiliza
la misma banda de 2.4
GHz que la
802.11b, lo que permite que los dispositivos puedan operar en ambas normas.
802.11g utiliza OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)
3.5.2 Arquitectura de 802.11
Las redes 802.11 (WLAN) están basadas en una arquitectura del tipo celular,
dónde
el sistema
se
subdivide en celdas
o
células. Cada
celda (llamada
BSA
=
Basic Service Area) se corresponde con el área de cobertura de una estación
base o punto de acceso
(AP = Access Point). El conjunto
de
terminales o
dispositivos controlados por un AP se conoce como BSS = Basic Service Set.
Una WLAN puede estar formada por una
única celda, conteniendo
un
único punto
de acceso AP (y como
veremos más
adelante podría
funcionar incluso
sin
ningún
AP),
o
por
un
conjunto
de
celdas
cada
una
con
su
punto
de
acceso,
los que
a
su
vez se interconectan entre sí a través de un “backbone”, llamado “sistema de
distribución (DS = Distribution System). Este backbone es típicamente Ethernet,
generalmente cableado, pero en algunos casos puede ser
también inalámbrico. El
conjunto de terminales inalámbricos contenido dentro de varias DSA se conoce
como ESS = Extended Service Set.
La WLAN completa (incluyendo las diferentes celdas, sus respectivos AP
y
el DS)
es vista como una única red 802 hacia las capas superiores del modelo OSI.
La siguiente figura ilustra una red 802.11 típica, incluyendo los elementos
descritos anteriormente.
DS
BSA
AP
AP
El
Access
Point
(AP)
actúa
como
bridge,
convirtiendo
las
capas
MAC
y
PHY
de
802.11 a las MAC y PHY del DS, típicamente Ethernet 802.3, como se muestra en
la siguiente figura
AP
LLC Relay
802.11 MAC
802.11 MAC
802.3 MAC
802.11 PHY
Wireless
802.11 PHY
802.3 PHY
Ethernet
LAN
La recomendación 802.11 admite dos modos de operación
“Infraestructure Mode”: Consiste en disponer por lo menos de un AP
(punto de acceso) conectado al DS (Sistema de Distribución)
“Ad Hoc Mode”: Las máquinas se comunican directamente entre sí, sin
disponer
de
AP
(puntos
de
acceso)
en
la
red.
Dado
que
no
hay
AP,
todas
las máquinas de una red en este modo de operación deben estar dentro del
rango de alcance de todas las otras.
3.5.3 Modelo de capas en IEEE 802.11
En
IEEE
802.11
fue
necesario
subdividir
el
modelo
de
capas
de
los
otros
estándares
IEEE 802, a
los efectos de simplificar el proceso de especificación. La
siguiente figura representa el modelo de capas de IEEE 802.11 [14]:
Capa
de
Enlace
LLC (Logical Link
Control)
Subcapa
MAC
MAC (Medium Access
Control)
MAC
Management
Station Management
Capa
Física
PLCP (PHY Layer
Convergence Protocol)
PMD (PHY Medium
Dependent)
PHY
Management
La subcapa MAC es dividide, a su vez, en otras dos subcapas
La subcapa MAC es responsable del mecanismo de acceso y la
fragmentación de los paquetes.
La subcapa de gerenciamineto de MAC (MAC Management) se encarga de
administrar las actividades de Roaming dentro del ESS, la energía, y los
procesos de asociación y disociación durante la registración.
La capa física se divide en tres subcapas:
La subcapa PLCP (PHY Layer Convergence Protocol) se encarga de
evaluar la detección de portadora
y de formar
los paquetes para los
diversos tipos de capas físicas
La subcapa PMD (PHY Medium dependent) especifica las técnicas de
modulación y codificación
La subcapa PHY Management determina ajustes de diferentes opciones de
cada capa PHY.
Adicionalmente se especifica una capa de administración de terminal (Station
Management)
responsable
de
Portal para Investigadores y Profesionales
